Fabrikasi Material Nanokomposit Superkuat, Ringan dan Transparan
LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan sebagai salah satu syarat kelulusan sarjana di Program Studi Fisika
Oleh
AGUS RIJAL NIM : 10203038
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2007
Fabrikasi Material Nanokomposit Superkuat, Ringan dan Transparan
Oleh : AGUS RIJAL NIM : 10203038
Program Study Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung
Tugas Akhir ini Telah Dipresentasikan pada Tanggal 20 September 2007
Pembimbing
: 1. Dr.Eng.Mikrajuddin Abdullah 2. Dr.Eng.Khairurrijal
Penguji
: 1. Dr.Yudhi Darma 2. Dr. Suparno Satira
Menyetujui Pembimbing Pembimbing I,
Dr.Eng.Mikrajuddin Abdullah NIP.132 084 479
Pembimbig II,
Dr.Eng.Khairurrijal NIP. 131 967 089
ABSTRAK Fabrikasi Material Nanokomposit Superkuat, Ringan dan Transparan
Oleh : Agus Rijal 102 03 038
Material nanokomposit dari campuran epoxy resin dan nanopartikel SiO2 telah disintesis dengan metode simple mixing. Material nanokomposit ini telah dikarakterisasi menggunakan uji tekan dan Fourier Transform Spectroscopy (FT-IR). Karakterisasi FT-IR telah berhasil menemukan perbedaan jenis ikatan antara polimer tanpa SiO2 dengan yang memakai SiO2. Dari hasil pengujian tekan, kami menemukan kenaikkan kekuatan polimer sebesar 24% jika dibandingkan dengan polymer tanpa SiO2, untuk penambahan fraksi massa SiO2 sebesar 0,0087. Fenomena ini terjadi akibat permukaan nanopartikel yang sangat luas membentuk interaksi yang kuat dengan polimer. Interaksi ini mereduksi mobilitas rantai polimer dan membuat polimer lebih kuat. Dapat kami simpulkan bahwa metode simple mixing sangat menjanjikan untuk digunakan dalam pembuatan nanokomposit superkuat, ringan dan transparan secara massal.
Kata Kunci : nanokomposit, epoxy resin, nanopartikel SiO2, simple mixing.
i
ABSTRACT Fabrication Of Super strong, Light in Weight, and Transparent Nanocomposite Material
By : Agus Rijal 102 03 038
Nanocomposite material from epoxy resin and SiO2 nanoparticle was made by a simple mixing method. The samples have been characterized using stress test and Fourier Transform Spectroscopy (FT-IR). FT-IR characterization succeeded to find the differences of bonding types between polymer without SiO2 and polymer with SiO2. From stress test, we found that the polymer strength increase by about 24% compared with polymer without SiO2 when adding SiO2 with mass fraction of about 0,0087. This phenomenon occurs because of the wide surface area of SiO2 nanoparticle to create strong interaction with the polymer. This interaction reduces the mobility of polymer chain and makes the polymer stronger. We conclude that the simple mixing method are very promising for mass production of super strong, light in weight and transparent nanocomposite.
Keyword : nanocomposite, epoxy resin, SiO2 nanoparticle, simple heating.
ii
Dan (ingatlah) ketika Tuhanmu berfirman kepada malaikat: "Sesungguhnya Aku hendak menjadikan seorang khalifah di bumi". Mereka bertanya (tentang hikmat ketetapan Tuhan itu dengan berkata): "Adakah Engkau (Ya Tuhan kami) hendak menjadikan di bumi itu orang yang akan membuat bencana dan menumpahkan darah (berbunuh-bunuhan), padahal kami sentiasa bertasbih dengan memujiMu dan mensucikanMu?" Tuhan berfirman: "Sesungguhnya Aku mengetahui akan apa yang kamu tidak mengetahuinya". (QS : Al-Baqarah : 30)
Dipersembahkan untuk yang tercinta: Ayah (Alm.), Ibu dan Saudara-saudaraku
KATA PENGANTAR
Dengan menyebut nama Allah Yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang
Segala puji bagi Allah SWT yang memiliki apa yang ada di langit dan di bumi dan bagi-Nya (pula) segala puji di akhirat. Pemilik segala ilmu yang telah mengkaruniakan sebagian ilmu kepada hamba-hamba yang Ia kehendaki. Shalawat dan Salam senantiasa tercurah kepada Risalah Robbaniyah, penutup kaum Nabi, teladan kaum mukmin, Nabi Muhammad SAW. Puji syukur atas kehendak Allah SWT Tugas Akhir ini terselesaikan. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat kelulusan Program Sarjana Kelompok Keahlian Fisika Nanomaterial, Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung. Penulisan ini tidak lepas dari dukungan dan dorongan berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Dr. Eng. Mikrajuddin Abdullah selaku dosen pembimbing I dan Dr. Eng. Khairurrijal selaku dosen pembimbing II yang dengan sabar memberikan bimbingan terbaiknya dalam penulisan Tugas Akhir ini. Semoga Allah SWT memberikan balasan yang lebih baik. 2. Dr.Yudhi Darma dan Dr. Suparno Satira selaku dosen penguji. 3. Ayah (Alm.) dan Ibu tercinta, yang senantiasa mendo’akan,mengasihi dan menyayangiku sepenuh hati serta memberikan kepercayaan untuk menyelesaikan studi di ITB. 4. Kakak dan Adik-adikku tercinta (Asep Haryono, Rida Hasanah dan Nurhayati) yang selalu mengharap keberhasilanku. 5. Keluarga dari pihak Ayah dan Ibu yang senantiasa memberikan bantuan dan dorongan kepada penulis. 6. Sahabat-sahabat terbaikku ( Ferdi, Rifqy, Aunuddin, Amran, Deby, Surya, Sopian, Puspoko dll) yang telah memberikan dorongan, kecerian dan persahabatan yang tak ternilai harganya.
iv
7. Sahabat-sahabatku di ASIC ( Ade, Rifqy, Aniez, Inez, Bintang, Opik, Heri, Tiar, Nadhif, Puto dll) yang telah memberikan momen berharga dan takkan terlupakan. 8. ASTRA internasional yang telah memberikan bantuan dana dan penghargaan kepada penulis. 9. Teman-temanku di KSEP ( Krisna, Ison, Kiki, Birru, Ganjar, Chaidir, Arif, Ilo, Idam, Mbak Tami, Daud, Adrinal dll) yang telah memberikan pelajaran berharga dan arti sebuah kerjasama. 10. Teman-temanku di kosan ( Edo, Agus, Rahmat, Winarko dll) yang telah menghibur dan menemani keseharian penulis. 11. Rekan-rekanku
di
Laboratorium
Sintesis
dan
Fungsionalisasi
Nanomaterial ( Sanny, Hadi, Bebeh, Liher, Finy, Adi dll) yang telah membantu dan menemani penulisan Tugas Akhir ini. 12. Teman-temanku di HIMAFI ( Martin, Nara, Opik, Puput, Atep, Izul, Nirwan, Eka dll) yang selalu membantu dan memberikan dorongan. 13. Teman-temanku di Fisika angkatan 2003 ( Kris, Ni’am, Rizal, Hindra, Erick dll) yang sudah sama-sama berjuang melewati kerasnya medan ITB. 14. Seluruh staff dosen, staff karyawan tata usaha ( Pak Yeye, Pak Dede dll) dan staff perpustakaan Fisika ITB (Bu Silvi) yang telah memberikan bantuan dan pelayanan terbaiknya. 15. Semua pihak yang membantu penulisan ini yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. Semoga Allah SWT membalas kebaikkan yang berlipat ganda.
Apabila dalam Tugas Akhir ini ditemukan kesalahan atau kekurangan, penulis minta maaf dan mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi perbaikkan yang akan datang. Semoga hasil ini dapat bermanfaat bagi siapapun.
Bandung, 29 September 2007
Penulis
v
DAFTAR ISI i ii iv vi viii ix xi
ABSTRAK ABSTRACT KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL
Bab 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang dan Rumusan Masalah 1.1.1 Latar Belakang 1.1.2 Rumusan Masalah 1.2 Ruang Lingkup 1.3 Tujuan 1.4 Metoda dan Teknik Pengumpulan Data 1.4.1 Metoda 1.4.2 Teknik Pengumpulan Data 1.5 sistematika penulisan
1 1 2 3 3 3 3 3 4
Bab 2 Teori Dasar 2.1 Polimer 2.1.1 Berat molekul polimer 2.1.2 Sifat mekanik polimer 2.2 Resin 2.3 Polimer epoxy resin 2.3.1 Polimerisasi epoxy resin 2.3.2 Curing Agents 2.4 Nanopartikel SiO2 2.5 Komposit 2.6 Nanopartikel komposit 2.7 Sampah 2.7.1 Jenis Sampah 2.7.2 Pemanfaatan sampah 2.7 Uji FT-IR
5 5 7 8 9 11 11 12 13 15 15 15 15 16
Bab 3 Rancangan Penelitian 3.1 Sintesis Nanokomposit Superkuat, Ringan dan Transparan 3.2 Karakterisasi Penelitian 3.2.1 Uji Kekuatan 3.2.2 Fourier Transform Spectroscopy
22 25 25 26
vi
3.3 Pembuatan material nanokomposit dari sampah
28
Bab 4 Hasil dan Diskusi 4.1 Uji Kekuatan 4.2 Uji FT-IR 4.3 Pembuatan material nanokomposit dari sampah kering
30 34 36
Bab V Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran
37 37 38
Daftar Pustaka
39
Lampiran
40
vii
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN 1 : Foto-Foto Sewaktu di ASTRA
`
40
LAMPIRAN 2 : Data Hasil Eksperimen
43
LAMPIRAN 3 : Foto-Foto Hasil Eksperimen
53
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Struktur grup Epoxy
9
Gambar 2.2 Struktur dari DGEBA
10
Gambar 2.3 Struktur dari novolac epoxy resin
11
Gambar 2.4 Body mobil balap Formula 1 terbuat dari nanokomposit serat karbon dalam resin
14
Gambar 2.5 pemanfaatan sampah kering untuk bahan bangunan
16
Gambar 2.6 FTIR sebenarnya merupakan interferometer Michelson tetapi satu dari dua cermin pemantulnya dapat dipindahkan
17
Gambar 3.1 Diagram alir sintesis nanokomposit dengan metoda simple mixing
24
Gambar 3.2 Spesimen yang dipakai untuk karakteristik FT-IR
26
Gambar 4.1 Polimer tanpa perlakuan
30
Gambar 4.2 Polimer dengan penambahan nanopartikel
30
Gambar 4.3 Campuran Epoxy-resin dan epoxy-hardener dengan 0,02 gr nano partikel SiO2, timbul banyak gelembung dengan warnya yang keruh
31
ix
Gambar 4.4 Campuran Epoxy-resin dan epoxy-hardener dengan 0,05 gr nano partikel SiO2, gelembung yang dihasilkan sedikit dan warnanya tidak keruh
31
Gambar 4.5 Campuran resin dan katalis tanpa nano partikel SiO2
31
Gambar 4.6 Alat-alat eksperimen
31
Gambar 4.7 Nanokomposit dari kertas
34
Gambar 4.8 Nanokomposit dari daun
34
Gambar 4.9 Nanokomposit dari kertas dan daun
34
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 berat molekul, M n , dari epoxy resin yang ideal
12
Tabel 2.2 beberapa sifat penting Silikon dioksida
12
Tabel 2.3 Perbedaan diantara bentuk-bentuk kristal
13
Tabel korelasi spektra inframerah
19
Tabel 4.1 Hasil karakterisasi uji tekan pada epoxy resin
28
Tabel 4.2 Hasil karakterisasi uji tekan pada resin
29
Tabel Perbandingan ikatan-ikatan pada bahan yang diuji
32
xi
